Нестаріючі сталі

НЕ­СТАРІ́ЮЧІ СТА́ЛІ Сталь, як і будь-яка речовина, створена людиною, має порівняно з природ. компонентами, з яких її отримано, під­вищену вільну енергію. Тому зміни в її структур. стані (фазовий склад і морфологія структури), що називають старі­н­ням матеріалу, неминуче призводять до самовіл. зменше­н­ня вільної енергії сталі. Виготовле­н­ня способом деформаційно-терміч. обробле­н­ня зі сталі напів­фабрикатів і виробів часто призводить до додатк. збільше­н­ня вільної енергії в них, стимулює процеси старі­н­ня та спричиняє небажані зміни їх характеристик. Повністю й назавжди усунути процес старі­н­ня неможливо, однак зменшити його негативні наслідки на певний час реально. Термін «Н. с.» умовний, під ним варто ро­зуміти сталі, процес старі­н­ня яких за регламентов. проміжок часу не виводить з допустимого інтервалу комплекс технол. і екс­плуатац. властивостей виготовлених з них конкрет. напів­фабрикатів (виробів). Напр., інтервалу показників пластичності для напів­фабрикатів, що під­дають холод. пластич. деформації, або інтервалу характеристик опору руйнуван­ню для виробів тощо. Способи отрима­н­ня «старіючих» сталей тісно повʼязані, з одного боку, з типом можливого старі­н­ня (гартівного або деформаційного), а з ін. — з гарантов. характеристиками зі­старених сталей. Необхідно за­уважити, що практ. значе­н­ня має тут не стільки ступінь зміни характеристик у процесі власне старі­н­ня, скільки абсолют. рівень їх у зі­стареному стані. Реалізують 2 осн. способи отрима­н­ня Н. с.: зміна хім. складу сталі й оптимізація початк. структур. стану. Гартівне старі­н­ня становить небезпеку для сталей з вмістом С не більше 0,2 %, концентрацією С перед старі­н­ням, що фіксується в твердому роз­чині, більше 0,05 % і здійсне­н­ням старі­н­ня при т-рах нижче 50 °С. Зменше­н­ня інтенсивності гартів. старі­н­ня має велике значе­н­ня при рекри­сталізацій. від­палі холоднодеформов. виробів (листа, бляхи, дроту та ін.) у поточ. лініях. Швидке охолодже­н­ня з т-р рекри­сталізацій. від­палу з подальшим на­гріва­н­ням до 350–450 °С і остаточ. охолодже­н­ням із за­знач. т-р забезпечує необхідне зниже­н­ня інтенсивності гартів. старі­н­ня, оскільки вміст С у твердому роз­чині падає нижче 0,05 %. Такий ефект можна отримати і легува­н­ням сталі елементами, що знижують роз­чин­ність карбонітридів, напр., кремнієм, титаном та ін. Але небажаним ефектом такого легува­н­ня може бути зниже­н­ня пластичності сталі. Деформац. старі­н­ня може від­буватися у всіх сталей незалежно від вмісту в них С при таких умовах: технол., монтаж. або екс­плуатац. деформацією у сталь вводять дис­локації щільністю понад 10⁸ см-2; ефективна концентрація атомів проникне­н­ня С і N (С_еф.) пере­вищує 10-4 %. Таким чином, регулюючи С_еф., можна забезпечити зниже­н­ня інтенсивності деформац. старі­н­ня до необхід. рівня. Це досягається зменше­н­ням концентрації (С + N) в твердому роз­чині та збільше­н­ням енергії звʼязку (С + N) в карбонітридах порівняно з такою енергію для цих елементів із дис­локаціями. Внаслідок легува­н­ня сталі сильними нітридо- та карбідо­утворювал. елементами Al, Cr, V, Nb, Ti у по­єд­нан­ні зі спец. термооб­робле­н­ням (залежно від типу легувал. елемента) роз­роблено значну кількість марок Н. с., що використовують при виробництві заготовок для холод. штампува­н­ня, осаджува­н­ня та видавлюва­н­ня. Водночас у наведених легувал. елементів зліва направо зро­стає ефективність зниже­н­ня інтенсивності деформац. старі­н­ня, але в тому ж напрямку зро­стає ступінь зміцне­н­ня та зниже­н­ня пластичності фериту. Під час легува­н­ня потрібно враховувати температуру деформац. старі­н­ня. Напр., Al ефективний тільки при т-рі, нижчій 100 °С, а Ti стримує деформац. старі­н­ня і при 300–400 °С. Легува­н­ня такими елементами, як Ni і Co, не набуло масового за­стосува­н­ня в галузі створе­н­ня Н. с. Однак Ni і Co істотно зменшують енергію звʼязку (С + N) з дис­локаціями, тому можуть бути викори­стані для зменше­н­ня інтенсивності деформац. старі­н­ня. Для кон­струкц. сталей масового при­значе­н­ня з точки зору збереже­н­ня характеристик опору вʼяз­кому та крихкому руйнуван­ню в деформац. старін­ні особливе значе­н­ня має принцип оптимізації початк. структур. стану (порівняно з гарячекатаним, від­паленим або нормалізованим). Цей спосіб отрима­н­ня Н. с. без зміни їх хім. складу набув пошире­н­ня в остан­ні десятилі­т­тя шляхом терміч. зміцне­н­ня, високотемпера­тур. термомех. обробле­н­ня, термомеханікотерміч. обробле­н­ня товстих листів, сортового прокату, труб тощо.

Завантажити статтю